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摘要：目錄概述概述總線機制總線機制的四種工作模式的四種工作模式數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)交換概述是一種同步串行通信協(xié)議，由一個主設備和一個或多個從設備組成，主設備啟動與從設備的同步通信，從而完成數(shù)據(jù)的交換。
目錄
? SPI(serial peripheral interface)是一種同步串行通信協(xié)議，由一個主設備和一個或多個從設備組成，主設備啟動與從設備的同步通信，從而完成數(shù)據(jù)的交換。SPI是一種高速全雙工同步通信總線，標準的SPI僅僅使用4個引腳，主要應用在 EEPROM, Flash, 實時時鐘(RTC), 數(shù)模轉換器(ADC), 數(shù)字信號處理器(DSP) 以及數(shù)字信號解碼器之間。是 Motorola 公司推出的一種同步串行接口技術，是一種高速的，全雙工，同步的通信總線。SPI總線首次推出是在1979年，Motorola公司將SPI總線集成在他們第一支改自68000微處理器的微控制器芯片上。由于在芯片中只占用四根管腳 (Pin) 用來控制以及數(shù)據(jù)傳輸, 節(jié)約了芯片的 pin 數(shù)目, 同時為 PCB 在布局上節(jié)省了空間。 正是出于這種簡單易用的特性, 現(xiàn)在越來越多的芯片上都集成了 SPI技術。
SPI的通信原理很簡單，它以主從方式工作，這種模式通常有一個主設備和一個或多
個從設備，需要至少4根線，事實上3根也可以(單向傳輸時)。也是所有基于SPI的設備共
有的，它們是SDI(數(shù)據(jù)輸入)、SDO(數(shù)據(jù)輸出)、SCLK(時鐘)、CS(片選)。
CPOL：clock polarity 時鐘的極性；表示 SPI 在空閑時, 時鐘信號是高電平還是低電平.?
CPHA：clock phase 時鐘的相位；表示 SPI 設備是在 SCK 管腳上的時鐘信號變?yōu)?span style="color:#fe2c24;">上升沿時觸發(fā)數(shù)據(jù)采樣, 還是在時鐘信號變?yōu)?span style="color:#fe2c24;">下降沿時觸發(fā)數(shù)據(jù)采樣.
時鐘極性CPOL是用來配置SCLK的電平出于哪種狀態(tài)時是空閑態(tài)或者有效態(tài)，時鐘相位CPHA
是用來配置數(shù)據(jù)采樣是在第幾個邊沿：
我們SPI通信有4種不同的模式，不同的從設備可能在出廠是就是配置為某種模式，這是不能改變的；但我們的通信雙方必須是工作在同一模式下，所以我們可以對我們的主設備的SPI模式進行配置，通過CPOL（時鐘極性）和CPHA（時鐘相位）來控制我們主設備的通信模式，具體如下：
Mode0：CPOL=0，CPHA=0
Mode1：CPOL=0，CPHA=1
Mode2：CPOL=1，CPHA=0
Mode3：CPOL=1，CPHA=1
四種模式的時序圖如下如所示：
模式0：CPOL= 0，CPHA=0。SCK串行時鐘線空閑是為低電平，數(shù)據(jù)在SCK時鐘的上升沿被采樣，數(shù)據(jù)在SCK時鐘的下降沿切換
模式1：CPOL= 0，CPHA=1。SCK串行時鐘線空閑是為低電平，數(shù)據(jù)在SCK時鐘的下降沿被采樣，數(shù)據(jù)在SCK時鐘的上升沿切換
模式2：CPOL= 1，CPHA=0。SCK串行時鐘線空閑是為高電平，數(shù)據(jù)在SCK時鐘的下降沿被采樣，數(shù)據(jù)在SCK時鐘的上升沿切換
模式3：CPOL= 1，CPHA=1。SCK串行時鐘線空閑是為高電平，數(shù)據(jù)在SCK時鐘的上升沿被采樣，數(shù)據(jù)在SCK時鐘的下降沿切換
其中比較常用的模式是模式0和模式3。為了更清晰的描述SPI總線的時序，下面展現(xiàn)了模式0下的SPI時序圖：
?上圖清晰的表明在模式0下，在空閑狀態(tài)下，SCK串行時鐘線為低電平，當SS被主機拉低以后，數(shù)據(jù)傳輸開始，數(shù)據(jù)線MOSI和MISO的數(shù)據(jù)切換(Toggling)發(fā)生在時鐘的下降沿(上圖的黑色虛線)，而數(shù)據(jù)線MOSI和MISO的數(shù)據(jù)的采樣(Sampling)發(fā)生在數(shù)據(jù)的正中間(上圖中的灰色實線)。下圖清晰的描述了其他三種模式數(shù)據(jù)線MOSI和MISO的數(shù)據(jù)切換(Toggling)位置和數(shù)據(jù)采樣位置的關系圖：
? ? ? ? SPI 設備間的數(shù)據(jù)傳輸之所以又被稱為數(shù)據(jù)交換, 是因為 SPI 協(xié)議規(guī)定一個 SPI 設備不能在數(shù)據(jù)通信過程中僅僅只充當一個 "發(fā)送者(Transmitter)" 或者 "接收者(Receiver)". 在每個 Clock 周期內(nèi), SPI 設備都會發(fā)送并接收一個 bit 大小的數(shù)據(jù), 相當于該設備有一個 bit 大小的數(shù)據(jù)被交換了.
? ? ? ?一個 Slave 設備要想能夠接收到 Master 發(fā)過來的控制信號, 必須在此之前能夠被 Master 設備進行訪問 (Access). 所以, Master 設備必須首先通過 SS/CS pin 對 Slave 設備進行片選, 把想要訪問的 Slave 設備選上.
? ? ? ?在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中, ?每次接收到的數(shù)據(jù)必須在下一次數(shù)據(jù)傳輸之前被采樣. 如果之前接收到的數(shù)據(jù)沒有被讀取, 那么這些已經(jīng)接收完成的數(shù)據(jù)將有可能會被丟棄, ?導致 SPI 物理模塊最終失效. 因此, 在程序中一般都會在 SPI 傳輸完數(shù)據(jù)后, 去讀取 SPI 設備里的數(shù)據(jù), 即使這些數(shù)據(jù)(Dummy Data)在我們的程序里是無用的.
參考文獻：
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